摘要:本文以醫(yī)院能源監(jiān)管系統(tǒng)為研究對象,采用智能化技術(shù)組建數(shù)據(jù)庫、構(gòu)建智能化的能耗信息管理系統(tǒng),實現(xiàn)對醫(yī)院的能源利用狀況進行實時,、準確的動態(tài)監(jiān)管,。具體而言,該系統(tǒng)建設的主要功能是對醫(yī)院的能源消耗進行采集、上報,、匯總與分析,并生成動態(tài)的數(shù)據(jù)和報表曲線,以及利用分析后的數(shù)據(jù)幫助醫(yī)院科學的利用能源,實現(xiàn)節(jié)能目標,。

關(guān)鍵詞:醫(yī)院；能源監(jiān)管系統(tǒng),；數(shù)據(jù)庫,；智能樓宇

1醫(yī)院能源監(jiān)管系統(tǒng)的需求分析與建設目標

醫(yī)院建筑是高能源消耗場所,從改善病人就診環(huán)境,、提高醫(yī)院內(nèi)部管理技術(shù)手段考慮,醫(yī)院建筑對空調(diào),、供熱設備的自控、計算機網(wǎng)絡等諸方面都提出了更高的要求,。隨著醫(yī)院提供完善的,、高質(zhì)量的服務,賦予其更多的則是對能源的更多需求,有資料表明,醫(yī)院的能耗是一般公共建筑的1.6-2倍,因此近年來醫(yī)院的能源管理與節(jié)能改造等日益受到重視,也是醫(yī)院降低能耗,減低運營成本的必由之路。以綜合性三甲醫(yī)院為例分析,其日常能耗以電力需求*大,主要用于照明,、電梯,、空調(diào)和通風設備等;其次醫(yī)院還以燃氣(油)等作為主要能源,用于供應蒸汽、熱水,、消毒,、洗滌、廚房等;醫(yī)院各類醫(yī)用設備要求隨時能為病人提供檢查,、運送和治療服務,。綜上所述,醫(yī)院能耗有既間歇又連續(xù)的特點,各類設備使用要求多樣,同時能源負荷變動量大,運行時間長并要求控制靈活,能源供應不能間斷,需要完善的整體自控系統(tǒng)、能源檢測和管理系統(tǒng),以期實現(xiàn)有效控制,、檢測和節(jié)約能源,降低運行成本,。

能源監(jiān)管系統(tǒng)建設目標如下:

(1)按照中心及附屬設施安裝工程,實現(xiàn)對全院各類能耗、重點能耗設備,、機電系統(tǒng),、科室、護理單元的數(shù)據(jù)收集,、分析,、挖掘、優(yōu)化和持續(xù)管理,。優(yōu)化主要能源使用和機電設備系統(tǒng)的運營方式,降低醫(yī)院的能源需量等級,。(4)進一步完善醫(yī)院能源管理部門的管理流程和制度,培訓醫(yī)院專職能源管理人員,實現(xiàn)對系統(tǒng)的日常使用和維護;借助友好人機交互方式,讓運維人員能快速完成對能耗數(shù)據(jù)的查詢、錄入,、對比,、統(tǒng)計等常用操作,。

2系統(tǒng)組成與架構(gòu)

醫(yī)院建筑能源監(jiān)管系統(tǒng)針對醫(yī)院特點,應用信息化技術(shù)搭建的面向管理層的節(jié)能管理平臺、通過對各分類,、分項能耗數(shù)據(jù)的合理采集,準確地掌握不同醫(yī)療功能的建筑和重點區(qū)域的能耗,有效指導醫(yī)院能源管理,同時為高能耗醫(yī)院建筑的節(jié)能改造和能源審計提供科學依據(jù),。

如圖1所示,醫(yī)院建筑能源監(jiān)管系統(tǒng)由計量裝置、數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān),、數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡,、數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)站、數(shù)據(jù)服務器,、管理軟件等組成,。醫(yī)院將根據(jù)自身能源管理職能分工設置醫(yī)院能源監(jiān)管第三方樓宇自控、設備管理系統(tǒng)轉(zhuǎn)發(fā)的能耗相關(guān)數(shù)據(jù),。

采用清華大學建筑節(jié)能研究中心和同方泰德聯(lián)合開發(fā)的能源監(jiān)管軟件平臺EMS建筑節(jié)能管理平臺軟件,。EMS建筑節(jié)能管理平臺后臺軟件包括:

(1)通訊系統(tǒng)軟件:用于獲取數(shù)據(jù)采集器采集的計量儀表原始數(shù)據(jù)或下一級數(shù)據(jù)中心運行維護人員對EMS建筑節(jié)能管理平臺運行情況進行監(jiān)管。

3系統(tǒng)關(guān)鍵硬件設計

3.1三相電子式智能電能表

三相電子式智能電能表主要計量低壓網(wǎng)絡的三相有功電表,并且使用RS485通訊功能,方便了用戶進行用電監(jiān)測,、集抄和管理,。三相電子式智能電能表具有精度高、體積小,、安裝方便等特性,。可靈活的安裝到配電箱中,可以測量電壓,、電流,。功率等電量以及無功電量的計量、實現(xiàn)了對不同區(qū)域和不同負荷的分項電能計量,統(tǒng)計和分析,。儀表需安裝在干燥,、通風良好并遠離熱源和強電(磁)場的地方。設備間的間距要便于其拆卸,、接線,、配置和維護。電流輸入線用大于2.5mm2多股阻燃銅線,電壓輸入線,、電源線用1.5mm2多股線,RS485通信1.0mm2屏蔽雙絞線,。儀表電壓輸入回路和工作電源回路需要接入合適的保險絲,并提供一個CT短接盒,儀表電流輸入不連接時,須保證CT不開路。智能儀表主端子“V+"和“V-"為供電電源接入端,三相三線接線時,接點Vn和V2須外部短接在一起,電流過大須接入互感器,從而得到感應電流,經(jīng)過電表設置的互感比,還原線路電流,避免燒壞電表,。

3.2智能電力監(jiān)控儀

智能監(jiān)控儀采用32位浮點雙核硬件平臺,、實時操作系統(tǒng)、16位模數(shù)轉(zhuǎn)換器以及高精度電能計量等技術(shù),產(chǎn)品滿足GB/T17215.322以及GB/T19862-2005標準以及IEC61000-4-30標準要求,。能夠滿足高,、中、低壓高精度電能計量要求、電能質(zhì)量檢測分析,、電力開關(guān)檢測與控制等多方面的應用要求,主要適用于變電柜的總計量中,。L,N分別代表給裝置供電的交流電源的火線和零線,如果是直流電源供電,直流電源正極接L/DC+端子,電源負極接N/DC-端子。測量回路中,Ua,Ub,Uc,Un分別代表三相電源A相,、B相,、C相及中線電壓接入點。Ia,Ib,Ic分別代表三相電源電流接入點,箭頭方向指向端子代表該相電流流向監(jiān)控儀,相反則表示電流流出監(jiān)控儀,。智能監(jiān)控儀有兩路串口通訊和一路以太網(wǎng)通訊,本項目采用的是RS485通訊,。

3.3超聲波冷熱量表

冷熱量表用于測量及顯示水流經(jīng)熱交換系統(tǒng)所釋放(或吸收)熱能力的計量儀表,冷熱量表主要由計算器、配對溫度傳感器,、流量傳感器等部件組成,。超聲波冷熱量表主要是應用超聲波技術(shù)測量管道內(nèi)流量信息的冷熱量表,具有綜合使用成本低、計量可靠性好,、管道不堵塞,、不磨損,計量精確,維修方便等特點。

3.4能耗采集器

能耗采集器也叫數(shù)據(jù)采集器,該設備是能耗采集系統(tǒng)的一部分,負責從計量儀表中獲取和存儲能耗數(shù)據(jù)和運行參數(shù)數(shù)據(jù),并以基于IP協(xié)議承載的有線或無線方式將數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)中心的設備,。本論文使用的是一款高性能的能耗采集設備,。該采集器有兩種型號,分別可采集64個和32個計量表具,根據(jù)現(xiàn)場施工環(huán)境,使用不同的采集器,從而節(jié)省資源,。保證設備的良好通風,避免放置在有腐蝕性或爆炸性氣體或煙霧的區(qū)域,建議將設備的通風口向上放置,以保證良好的散熱,。在安裝、維修和操作設備時一定要注意防止靜電,。

該采集器的設計易于安裝,通過35mm導軌安裝到機柜或配電箱中,只要將該采集器卡到導軌上就行了,。采集器采用直流供電,使用開關(guān)電源,將220v交流電轉(zhuǎn)換為24v直流電,注意電源極性,錯誤接線將導致數(shù)據(jù)無法上傳。通訊配線連接到設備的RS485-A端和RS485-B端,如果在一個端子中插入多根導線,確保將線擰在一起后再插入端子,。采用屏蔽電纜作為通訊線將有助于減少通訊總線所受的電磁干擾,增強通訊穩(wěn)定性,。

4系統(tǒng)的調(diào)試及其數(shù)據(jù)分析

4.1能耗計量儀表的調(diào)試

能耗計量儀表的調(diào)試,本文主要以三相電子式智能電表的調(diào)試工作為例,其他能耗計量儀表的調(diào)試工作相同,便不做贅述。三相智能式電表的調(diào)試,主要的設置工作為:

(1)設置波特率,設置為能耗采集器相同的波特率9600,。(2)設置Modbus地址,Modbus地址,為了是明確終端設備在能耗采集器中位置,。經(jīng)過萬用表,一般通過的電壓在5V左右,如果沒有則電路可能虛接,在端子處檢測,恢復到正常,再接入到總線中,總線中電壓應該在4V左右。這里我們使用的是ModbusPoll軟件發(fā)送數(shù)據(jù)到三相電子式智能電表查看它反饋的數(shù)據(jù),從而確認了能耗計量儀表能否正常運轉(zhuǎn),。該軟件相當于采集器的一個仿真,主要測試能耗計量儀表是否正常,如若正常就反饋一些報文到電腦上,顯示一些數(shù)據(jù),。(3)設置奇偶校驗位,設置為偶校驗,通過總線將儀表連接到外科樓,負一樓的強電井中的能耗采集器中。

4.2能耗采集器的調(diào)試

本文中使用的是能耗采集器所對應的網(wǎng)關(guān)配置軟件,通過網(wǎng)線接口接到交換機中,能耗采集器接入到交換機,從而設置其網(wǎng)關(guān)和添加儀表,。

4.2.1設置網(wǎng)關(guān)

(1)新建網(wǎng)關(guān)配置,“新建"選擇網(wǎng)關(guān),DL645,便生成了初始配置;(2)打開配置文件,選擇保存位置和更改配置文件名;(3)保存網(wǎng)關(guān)配置;(4)編輯配置,修改配置信息;(5)添加模塊,編輯儀表配置,沒有配置文件的,可在網(wǎng)站下載相對應的網(wǎng)關(guān)配置文件,找到儀表對應的型號,顯示儀表的ID,。

4.2.2設置采集器

(1)新建采集器配置,選擇“采集器",顯示初始設置,選擇保存。(2)打開配置,更改配置文件的名字,便于查找,然后編輯配置,更改全局配置,。(3)設置總線參數(shù),選擇645總線協(xié)議標準,設置波特率,更新周期,總線數(shù)據(jù)位,總線校驗位,總線停止位,。(4)總線下面添加表具,本文只是使用Modbus協(xié)議的儀表,*后生成配置文件。

4.2.3下載配置

將配置好的網(wǎng)關(guān),通過串口,輸入到采集器中,。選擇電腦中的com口,在軟件中“主頁"界面開始下載配置,在設置采集器中的設置,選擇網(wǎng)關(guān)使用的協(xié)議,本文使用的是Modbus協(xié)議,這樣就可以設置好能耗采集器,。

4.3終端數(shù)據(jù)的采集及其分析

4.3.1能源數(shù)據(jù)分析報表服務

能源數(shù)據(jù)分析報表根據(jù)醫(yī)院日常運營管理需求,每個月根據(jù)系統(tǒng)能耗數(shù)據(jù)為醫(yī)院提供能源分析報表,。該服務是借助實時監(jiān)測的大部分運行能耗數(shù)據(jù),使醫(yī)院能耗管理人員能實時掌握能源系統(tǒng)運行情況,對運行做出合理的調(diào)整策略。幫助建筑用戶實現(xiàn)能源系統(tǒng)由粗放型管理轉(zhuǎn)變?yōu)榫毿?、科學化管理,。幫助建筑用戶實現(xiàn)對能源系統(tǒng)的低效率、準故障運行的診斷,、提高能源系統(tǒng)的運行可靠;持續(xù)性地為建筑用戶提供建筑能源系統(tǒng)*優(yōu)運行策略,。

4.3.2全面能源數(shù)據(jù)分析報告服務

全面能源數(shù)據(jù)分析報告服務每兩個月對能源數(shù)據(jù)進行初步分析,找出解決問題的行動方案,同時出具用能漏洞分析及設備升級改造報告。對能源數(shù)據(jù)進行深入分析挖掘,找出設備運行的*優(yōu)方案,同時出具有詳細數(shù)據(jù)支撐的用能分析及系統(tǒng)升級改造報告,。該服務根據(jù)能耗的實時使用情況對該建筑的月能耗進行分項分區(qū)域?qū)Ρ确治?工作時段與非工作時段的對比,并按照用能評分標準進行評分,*后由智能專家系統(tǒng)給出建筑用能診斷,。專家組再根據(jù)這

些信息給出建筑節(jié)能建議。

能源數(shù)據(jù)分析報告對接入醫(yī)院能耗監(jiān)測平臺的所有建筑,月度和年度自動對建筑物能耗運行情況進行智能診斷,并生成全面的能耗數(shù)據(jù)分析報告,診斷內(nèi)容如下:(1)建筑能耗評價;(2)建筑單位平米能耗與其他同類型建筑的對比;(3)建筑工作時間段與非工作時間段對比圖;(4)建筑各重點用能區(qū)域月能耗與去年,、上月同期對比;(5)建筑分項月能耗與去年,、上月同期對比;(6)智能能耗診斷意見;(7)可加入專家診斷。

5.AcrelEMS-MED醫(yī)院能源管理平臺

5.1平臺概述

AcrelEMS-MED醫(yī)院能源管理平臺充分結(jié)合《醫(yī)療建筑電氣設計規(guī)范》《綠色醫(yī)院建筑評價標準》,、《醫(yī)院建筑能耗監(jiān)管系統(tǒng)建設技術(shù)導則》等行業(yè)規(guī)范,、根據(jù)醫(yī)院用戶需求以及能源管理部門要求，采集分析能源,、能耗,、能效數(shù)據(jù)，監(jiān)測以電能質(zhì)量,、智慧用電相關(guān)指標以及其他用能指標,，并與國家能源政策與用能模式改革結(jié)合。能夠輔助醫(yī)院后勤管理人員進行能源供應系統(tǒng)及設備的運行管理工作,，幫助醫(yī)院管理層實時掌握醫(yī)院的能耗情況,，為醫(yī)院能源信息化建設和節(jié)能管理提供了良好的技術(shù)平臺。

5.2平臺組成

安科瑞醫(yī)院能源管理系統(tǒng)建立基于云平臺的“監(jiān),、控,、維"一體化的能源管理系統(tǒng)，從數(shù)據(jù)采集,、設備控制,、數(shù)據(jù)分析、異常預警,、運維派單,、系統(tǒng)架構(gòu)和綜合數(shù)據(jù)服務等方面的設計，幫助醫(yī)院后勤管理部門了解醫(yī)院能源運行情況,，關(guān)注消防和電氣安全,，及時預警異常情況，提高運維效率。它集成了10KV/O.4KV變電站電力監(jiān)控系統(tǒng),、變電所運維云平臺,，配電房綜合監(jiān)控系統(tǒng)，能耗管理系統(tǒng),，智能照明控制系統(tǒng),，智慧消防平臺，電氣火災監(jiān)控系統(tǒng),，消防設備電源監(jiān)控系統(tǒng),，防火門監(jiān)控系統(tǒng)，消防應急照明和疏散指示系統(tǒng),，充電樁管理系統(tǒng),，電能質(zhì)量治理解決方案，醫(yī)療隔離電源解決方案,，

5.3平臺拓撲圖

5.4平臺子系統(tǒng)

（1）醫(yī)院電力監(jiān)控解決方案

電力監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)對變壓器,、柴油發(fā)電機、斷路器以及其它重要設備進行監(jiān)視,、測量,、記錄、報警等功能,，并與保護設備和遠方控制中心及其他設備通信,，實時掌握供電系統(tǒng)運行狀況和可能存在的隱患，快速排除故障,，提高醫(yī)院供電可靠性,。

電力監(jiān)控系統(tǒng)主要針對開閉所和10/0.4kV變電所,，對高壓回路配置微機保護裝置及多功能儀表進行保護和監(jiān)控,，對0.4kV出線配置多功能計量儀表，用于測控出線回路電氣參數(shù)和用能情況,。同時對醫(yī)院重要設備如柴油發(fā)電機,、無功補償裝置、有源濾波裝置,、UPS,、隔離電源系統(tǒng)狀態(tài)進行監(jiān)測。

（2）醫(yī)院變電所運維云平臺解決方案

AcrelCloud-1000電力運維云平臺采用多功能電力傳感器,、無線通信,、邊緣計算網(wǎng)關(guān)及大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，通過智能網(wǎng)關(guān)采集現(xiàn)場數(shù)據(jù)并存儲在本地,，再定時向云平臺推送數(shù)據(jù),。平臺采集的數(shù)據(jù)包括變電所回路電氣參數(shù)和變壓器溫度、環(huán)境溫濕度、浸水,、煙霧,、視頻、門禁等信息,，有異常發(fā)生10S內(nèi)通過短信和APP發(fā)出告警信號,。平臺通過手機APP下發(fā)運維任務到人員手機上，并通過GPS跟蹤運維執(zhí)行過程進行閉環(huán),，提高運維效率,，即時發(fā)現(xiàn)運行缺陷并做消缺處理。

（3）醫(yī)院配電房綜合監(jiān)控系統(tǒng)解決方案

Acrel-2000E配電室綜合監(jiān)控系統(tǒng),，可實現(xiàn)開關(guān)柜運行監(jiān)控,、高壓開關(guān)柜帶電顯示、母線及電纜測溫監(jiān)測,、環(huán)境溫濕度監(jiān)測,、有害氣體監(jiān)測、安防監(jiān)控,，可對燈光,、風機、除濕機,、空調(diào)控制等設備進行聯(lián)動控制,。實現(xiàn)動力環(huán)境各數(shù)據(jù)的檢測與設備控制，優(yōu)化動力環(huán)境,，避免運行環(huán)境的失控導致配電設備運行故障,，保證維護人員安全，延長設備使用壽命,，實現(xiàn)配電動力環(huán)境的分布式遠程管理,。

（4）醫(yī)院能耗管理系統(tǒng)解決方案

對建筑各類耗能設備能耗數(shù)據(jù)進行實時測量，對采集數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計和分析,。能夠合理的確定各科室建筑能耗經(jīng)濟指標及績效考核指標,，發(fā)現(xiàn)能源使用規(guī)律和能源浪費情況，提高人員主動節(jié)能的意識,。

①　搭建醫(yī)院智慧能源管理系統(tǒng)的基本框架,，對各個用能環(huán)節(jié)進行實時監(jiān)測；

②　排碳數(shù)據(jù)化：通過系統(tǒng)可實現(xiàn)建筑單位內(nèi)人均能耗分析（包括水,、電,、能量），實現(xiàn)低碳辦公數(shù)據(jù)化,；

③　區(qū)域能效比：實現(xiàn)建筑單位內(nèi)區(qū)域能耗對比,，方便能耗考核,；

④　同期能效比：實現(xiàn)同年、同期,、同一區(qū)域能耗對比,，方便節(jié)能數(shù)據(jù)分析；

⑤　能耗評估管理：按照能源消耗定額標準約束值,、標準值,、引導值進行分析單位面積能耗和人均能耗指標；

⑥　能耗競爭排名：各個科室能耗對比,，實現(xiàn)能耗排名,，增強全院工作人員的節(jié)能意識；

⑦　對能耗的使用數(shù)據(jù)進行綜合的分析,、統(tǒng)計,、打印和查詢等功能，并根據(jù)能耗監(jiān)測管理系統(tǒng)的需要可選擇不同樣式報表的打印,。為能耗運營管理部門提供可靠的依據(jù),；

⑧　能耗數(shù)據(jù)采集，隨時查詢,，并根據(jù)采集數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析,，監(jiān)測異常能源用量，對能源智能儀表故障進行報警,，提高系統(tǒng)信息化,、自動化水平。

（5）醫(yī)院智能照明控制系統(tǒng)解決方案

醫(yī)院人流比較密集,，科室較多,，照明用電在醫(yī)院電能消耗中約占到15%左右。所以合理使用照明控制系統(tǒng),，在提升醫(yī)生和患者的體驗情況下大程度使用自然光照明,，通過感應控制做到人來燈亮，人走燈滅或保持地強度照明,，盡量解決照明用電,。

ASL1000智能照明控制系統(tǒng)可以實現(xiàn)場景控制、時間控制,、區(qū)域控制、光照度感應控制以及紅外感應控制等多種控制方式,，能有效避免公共區(qū)域的照明浪費,，還可以幫助醫(yī)院管理照明。

系統(tǒng)在配電箱內(nèi)的模塊主要有總線電源,、開關(guān)驅(qū)動器,、IP網(wǎng)關(guān),、耦合器、干接點輸入模塊等,。這些模塊使用35mm標準導軌安裝,。

安裝在控制現(xiàn)場的模塊主要有光照度傳感器、紅外傳感器和智能面板,。有人經(jīng)過可以設定紅外感應控制亮燈,，人離開后在設定的時間內(nèi)熄燈，智能面板等手動控制設備,，可實現(xiàn)自動控制,、現(xiàn)場控制和值班室遠程控制相結(jié)合。

（6）醫(yī)院智慧消防平臺解決方案

智慧消防云平臺基于物聯(lián)網(wǎng),、大數(shù)據(jù),、云計算等現(xiàn)代信息技術(shù)，將分散的火災自動報警設備,、電氣火災監(jiān)控設備,、智慧煙感探測器、智慧消防用水等設備連接形成網(wǎng)絡,，并對這些設備的狀態(tài)進行智能化感知,、識別、定位,，實時動態(tài)采集消防信息,，通過云平臺進行數(shù)據(jù)分析、挖掘和趨勢分析,，幫助實現(xiàn)科學預警火災,、網(wǎng)格化管理、落實多元責任監(jiān)管等目標,。實現(xiàn)了無人化值守智慧消防,，實現(xiàn)智慧消防“自動化"、“智能化",、“系統(tǒng)化"需求,。從火災預防，到火情報警,，再到控制聯(lián)動,，在統(tǒng)一的系統(tǒng)大平臺內(nèi)運行，用戶,、安保人員,、監(jiān)管單位都能夠通過平臺直觀地看到每一棟建筑物中各類消防設備和傳感器的運行狀況，并能夠在出現(xiàn)細節(jié)隱患,、發(fā)生火情等緊急和非緊急情況下,，在幾秒時間內(nèi),，相關(guān)報警和事件信息通過手機短信、語音電話,、郵件提醒和APP推送等手段,，就迅速能夠迅速通知到達相關(guān)人員。

安科瑞侯文莉